“杠桿”一課的教學設計

張正太

(泰州市高港實驗學校 江蘇 泰州 225323)

在開學初的學校工作檢查中，筆者就“杠桿”一節的教學，對多人進行了“同課異構”式的跟蹤聽課，普遍感到存在這樣一些問題．第一課時“什么是杠桿”側重于強化訓練，忽略了對力臂概念的科學構建.第二課時“杠桿的平衡條件”過于強調課前預習，學生事前就知曉了杠桿的平衡條件，使得實驗缺少了探究的氛圍，學生的實驗操作流程就像在完成中考答題似的，應試教學的色彩過濃.筆者及時組織教師交流，就如何科學地處理好教材，精心設計好教法，充分讓學生在體驗科學探究過程的前提下，選擇一部分教學內容向課前延伸，進行深入的探討．現就蘇教版“杠桿”一節的教學，如何讓學生經歷科學探究，凸顯智慧課堂的一些做法，呈現出來供同仁教學中參考．

1 教材分析

“簡單機械和功”一章中所研究的機械均為杠桿類機械，掌握杠桿知識是學好其他機械的基礎，杠桿中力和移動的距離關系也是構建機械功的基礎．杠桿知識、研究思路及方法貫穿于全章的始終，因而，“杠桿”一節是本章教學的重點．力臂概念的科學建立、杠桿的五要素、杠桿平衡條件的科學探究，是“杠桿”一節的教學重點.其中科學構建力臂，放手讓學生自主設計實驗，摸索出探究杠桿平衡條件的過程，也是本章教學的難點．學生創新能力的培養和提升，應成為本節教學的亮點．

“杠桿”知識是建立在日常接觸到的剪刀、指甲剪、夾子、老虎鉗、羊角錘等物體的基礎上，深入研究其特點，構建起杠桿模型的,是在運用二力平衡的相關知識、技能和研究方法的基礎上探究出杠桿平衡條件的，這應該成為“杠桿”知識構建的落腳點．本節內容從學生熟悉的物體入手，引導學生探究并認識其中隱含的物理規律，同時,將學到的物理知識及科學方法與社會實踐相結合．充分體現了“從生活走進物理，從物理走向社會”的新課程理念．

2 教學流程的設計

“杠桿”一課設計成兩個課時，第一個課時講授“什么是杠桿”；第二課時講授“杠桿的平衡條件”.

2.1 什么是杠桿

主要教學任務是引導學生從生活中走進物理，由日常接觸的物體中認識杠桿的特點，識別杠桿,掌握杠桿的五要素，能正確作出動、阻力的示意圖及對應的力臂.從力的三要素入手，定性探究動力大小與哪些因素有關，科學構建“力臂”概念．為使三維目標在每一個環節上都得到很好地落實，且呈現出螺旋式的上升，筆者設計時，將它分為以下三個環節．

2.1.1 課前自主學習活動

為了保證課堂上能充分挖掘出力臂的內涵,學生自主突破動、阻力方向的確定這一難點，使科學探究活動得以實施,筆者將一部分不影響探究過程，又便于自學的內容落實在導學案上的課前自主學習活動中進行，所布置的內容如下.

(1)分別作出銳、直、鈍角三角形三條邊上的高(圖略).

(2)閱讀思考教材中“活動11.2”前的所有內容.

1)觀察教材中“圖11-2”并感知杠桿實物操作，說出它們有哪些共同特點.你還能列舉出哪些杠桿的實例.

2)找出杠桿五要素中的關鍵詞，認真加以領悟.

(3)分別作出圖1中杠桿的動力臂和阻力臂.

圖1

上述課前自主學習3道訓練題是學生應掌握的重點知識．由于學生有了這方面的數學基礎，便于自學完成，且不影響力臂的科學構建.教師對第1題、第3題及時批閱后發下去，課前采用了一幫一的形式，讓學生相互糾錯，達成基本掌握的目的．

2.1.2 課堂學習

(1)識別杠桿，掌握杠桿五要素

1)活動展示，識別杠桿．課堂教學從“活動11.1拔圖釘”入手，教師提供羊角錘、螺絲刀、老虎鉗等工具．

a.讓學生登臺，用不同工具展示拔釘的方法，說出杠桿的支點位置和動力、阻力的方向．

b.教師利用課件呈現出對應的杠桿示意圖．

2)分析杠桿受力，總結共同特點．引導學生分析拔釘課件上的杠桿示意圖，課前自主學習訓練題3，總結歸納出支點、動力、阻力的特點即

a.支點，動、阻力的作用點都在杠桿上.

b.動、阻力在支點的同一側，二力的方向大致相反；動、阻力在支點的兩側，二力的方向大致相同(簡稱“同側異，異側同”).

3)大屏幕反饋學生所畫的力臂，共同分析糾錯到位．

(2)科學探究，構建力臂

1)猜想：動力的大小與哪些因素有關．如何科學構建“力臂”，筆者是在“活動11.1拔圖釘”的基礎上，利用杠桿支架，在阻力的大小、方向、作用點都一定的情況下，給杠桿施加一動力，使杠桿在如圖2中的位置保持靜止.試問動力的大小會與哪些因素有關？學生憑借生活經驗，自認為動力作用點距支點越遠，動力會越小(力臂的常見誤區).此時，教師不急于否認，而應提示學生從力的三要素方面去猜想，這時，學生自然會猜想出動力大小還可能與動力的方向有關．即在阻力的三要素一定的情況下，可能與動力的作用點、動力的方向兩個因素有關．

圖2

2)探究：演示實驗，觀察動力大小的變化規律．在探究動力大小與動力作用點的關系時，力的作用點可分別取杠桿上的A,C,D三點，用彈簧測力計施力時都保持豎直上拉，從而學生得到,動力方向一定，動力的作用點距支點距離越遠，動力就越小.接下來,探究動力大小與動力方向的關系．實驗時自然就選D點施力，教師在D點施力時，在始終保持杠桿在圖中位置靜止的前提下，有意識按圖中a，b，c虛線所示的三個不同方向依次旋轉施力的角度．實驗現象是，沿a方向動力Fa>F2(與學生原有的認識相沖突)；當動力方向逐漸轉至b方向時，動力逐漸變小直至最小；過b后，由b向c轉時，動力又逐漸變大.學生總結得出,動力作用點一定，動力大小還與動力的方向有關.

3)作力臂，分析對比、解密力臂.在上述實驗所觀察到的現象基礎上,首先，讓學生依據課前自學力臂的定義，在導學案上分別作出D點處沿三個不同方向上的動力臂和阻力臂，并逐一比較動力臂與阻力臂的大小.然后，進行課件展示,利用幾何畫板制作的課件，顯示出在動力方向由a向b，再由b向c的過程中，動態生成的動力臂變化規律，更為形象、直觀．

通過上述探究、觀察和分析，學生自然就明白了其中所隱含的道理，解開了力臂的密碼，科學構建了“力臂”．在構建“力臂”的同時，學生初步定性得出這樣的結論即動力的大小與動力臂、阻力、阻力臂的大小有關，動力臂大于阻力臂時，則省力；動力臂小于阻力臂時，則費力.

4)總結歸納．在上述科學探究的基礎上，讓學生發現和總結出在阻力、阻力臂、動力作用點都一定的情況下，確定最省力的動力方向的步驟.第一步，作出支點與動力作用點的連線；第二步，過動力作用點作該連線的垂線，且方向按“同側異，異側同”確認．若動力作用點沒有明確，欲最省力，需先找出杠桿上的哪一點距支點O最遠，確定為動力作用，余下的作法同上．

2.1.3 當堂訓練，強化力臂的作法(略)

需要說明的是，若因學生基礎差，本節課上為減輕學生的學習負擔，可將最大力臂的作法放在習題課上進行．另外，訓練題中要有一道動力的作用線恰好通過支點的題目，若學生做錯后，使其共同糾錯，得出力臂L1=0，并通過推拉教室的門，感知無轉動效果而得以到位，這樣的糾錯印象會更深刻．

2.2 杠桿的平衡條件

主要教學任務是實驗探究杠桿的平衡條件，培養學生的創新能力和實驗技能.對杠桿進行分類并了解其特點及應用，體現由物理走向社會的新課程理念．其中探究杠桿的平衡條件是本節課的教學重點，如何創設好時機，讓學生真正以科學家的身份進行科學探究，體現智慧課堂．筆者做了如下精心設計.

2.2.1 課前自主學習

(1)根據二力平衡和對力臂的科學探究情況，完成下列填空：

1)在動力、阻力的作用下平衡時，杠桿應處于______或______狀態；

2)杠桿平衡時，動力的大小與哪些因素有關？______.

(2)在探究杠桿的平衡條件時，下面圖3中5幅實驗裝置圖均處于靜止狀態．你認為實驗時所選用的器材及調節到平衡狀態時，應選______裝置測量更為方便而又科學合理．請你在課堂上大膽地闡述理由．

圖3 探究杠桿平衡條件時的實驗裝置

第(1)題能起到溫故知新、自然過渡的作用；第(2)題能體現出學生嚴謹的科學態度和正確處理實際問題的能力．筆者放在課前是想讓學生有充足的時間獨立思考，同時,也為學生課堂探究活動贏得了一定的時間．答案的正確選擇也是學生敢于向權威的挑戰．

2.2.2 課堂學習

(1)討論設計實驗方案.在確認杠桿的平衡狀態后，先在小組內交流各自對“課前自主學習”中第(2)題的5種裝置利弊的認識后，再集中討論確定出實驗探究可選用的操作方案圖3(b)和圖3(e)．

需要說明的是，教科書所采用的就是圖3(a)裝置．筆者以為圖3(a)動力F1豎直下拉，彈簧測力計有自重，又不便調零，直接讀出示數，顯然得不出杠桿的平衡條件．若是再取一支已調“0”的測力計，按照教師教學用書上的校正方法，即便能夠測出，但處理數據的方法會令學生感到在云里霧里，難以理解．通過集體交流，學生會達成以下共識即圖3(c)、(d)杠桿傾斜靜止，不便于直接測力臂，可選的操作方案圖3(b)、(e)既科學又方便，顯而易見．這也是將設計實驗方案的主動權交給了學生．

(2)創設情境，順其自然地得出“兩個調平”的作用．當選定好實驗方案后，面對桌上所提供的杠桿支架、鉤碼、彈簧測力計，學生如何操作.教師只需提出下面的問題讓學生驗證即在沒有調平的杠桿支架上，直接加掛鉤碼、施加動力，當杠桿水平靜止時，杠桿的自身重力有轉動效果嗎？學生需要將未調水平的杠桿支架直接轉到水平，就會發現松手以后不能保持水平狀態，有轉動效果．這一現象既說明了實驗前將杠桿支架調至水平的必要，又體現出這樣調節的目的是讓杠桿處于水平靜止時，重力作用線通過支點，不產生轉動效果.每次實驗都要讓杠桿保持水平狀態，目的既是便于直接從杠桿上讀出力臂，又讓杠桿自身的重力作用線過支點，不產生轉動效果(一般中考題的答案只有前者，顯然不夠科學)．當然，如果學生實驗時所用的杠桿轉軸恰好在正中央，調平后，杠桿重心就恰好在支點上，即便實驗時杠桿傾斜，也不會有轉動效果，因而不必作答后者．采用這樣的設問和驗證，使得規范操作自然而又必要，學生就能知其所以然了．

(3)體現控制變量在探究杠桿平衡條件中的運用．教科書上在設計該探究實驗時，不是讓學生任做三組實驗分析得出結論，而是有意識地訓練學生采用控制變量進行研究，這一做法很有必要．但筆者以為動力的大小與三個因素有關，分三種情形探究時，至少要設計四組記錄數據的表格．顯然，教科書上少了一組．筆者讓學生追加了一組，并提醒學生嚴格按照教科書中第3頁上“做一做”的三種情況進行實驗，保證相鄰兩組數據依次對應一種情形的探究.這樣的實驗探究過程，能讓編者的意圖真正落到實處．

(4)數據分析歸納，關注生成教學．學生實驗時，教師要加強個別指導.四組實驗數據測出后，要利用大屏展示相關數據，既要讓學生檢查是否嚴格按照控制變量逐一探究的，又要用心找出“動力+動力臂=阻力+阻力臂”的特例加以呈現，讓學生進一步感知本實驗測多組數據的目的就是便于發現和總結出普遍規律．讓這一結論自然生成．

(5)從物理走向社會．阿基米德：“只要給我一個支點，我就可以撬動地球.”感受到物理知識的神奇，同時，讓學生運用杠桿平衡條件對教科書圖11-6上的杠桿和生活中的剪刀進行分類，并有意突出使用省力杠桿時省力就必費距離，為日后探究機械功打下伏筆.還要進一步挖掘，用同一剪刀的不同部位剪物體時，動力的大小也會變化，體現其靈活性．

3 教后感悟

“科學探究”是時代的召喚，是培養創新人才的需要．欲使“科學探究”變為教師的自覺行動，就得在認真鉆研教材，準確定位好“三維目標”的前提下，吃透學情，分解“三維目標”，借助“教學案”這一文本材料，將課前自主學習、課后鞏固提升的用時總量通盤考慮好，切實減輕學生的課業負擔,將新課教學的內容與課前自主學習的知識有機地整合好，讓一部分便于自學，且又不影響探究的內容向課前延伸，將科學探究流程精心設計好，確保真探究，著力打造高效課堂．

各位同仁，在教學中要更新理念，勇于實踐．多創新，少照搬，爭做研究型教師．與學生同創智慧型課堂，共享成功喜悅．